专利名称：：用于抑制双级矩阵变换器共模电压的控制系统的制作方法
技术领域：
：本发明属于异步电动机的共模电压抑制领域，尤其是采用双级矩阵变换器驱动时的共模电压抑制领域。
背景技术：
：矩阵变换器因其具有优良的变频性能，从诞生至今一直是电力电子学科的研究热点之一，然而至今很少有产品问世，制约其发展的瓶颈在于矩阵变换器复杂的四步安全换流和调制方法降低了系统的可靠性。2001年，由美国学者LixiangWei和Thomas.ALipo提出的由整流级和逆变级构成主电路的新型矩阵变换器即双级矩阵变换器，除了具有矩阵变换器的优良输入输出特性外，还具有简单的零电流换流和箝位电路，并且控制方法也较简单，成为目前很有发展潜力的一种交_交直接功率变换器。矩阵变换器驱动异步电动机时，将产生高频、高dv/dt的共模电压，共模电压的危害在于通过异步电动机的定、转子及气隙之间的分布电容等耦合通道产生电流当该电流流过异步电动机轴承产生轴承电流时，将对异步电动机的轴承造成损坏；当该过大的电流流过地线时将引起异步电动机接地保护的误动作；同时由于高dv/dt的共模电压将形成很强的电磁干扰，对装置的正常运行造成影响。所以，降低共模电压对于矩阵变换器的工程应用具有很重要的实际意义。目前抑制矩阵变换器的共模电压主要有硬件和软件两种方法FYue、PWWheeler等人于2005年在论文"Cancellationof3rdCommon-modeVoltageGeneratedbyMatrixCo読rter.IEC0N2005，31stAnnualConferenceofIEEE.，，(消除矩阵变换器产生的3次共模电压)中采用硬件，即由共模变压器、不控整流桥和单相桥式逆变器构成共模电压消除器，来消除共模电压的3次谐波，然而采用该方法增加了系统的硬件成本和设计的复杂度；而从软件上降低共模电压可以降低系统的硬件成本，HJCha、PNEnjeti于2002年在论文"Anapproachtoreducecommonmodevoltageinmatrixconverter.2002，37thIASAnnualMeeting"(—种降低矩阵变换器共模电压的方法)中从调制方法上对抑制共模电压进行了研究，最低能将共模电压降低到原来的1/W。矩阵变换器的共模电压抑制思想同样适合双级矩阵变换器，然而，目前对抑制双级矩阵变换器的共模电压研究还很少。文献"Co,n-ModeVoltagesofSpace-VectorModulatedMatrixConvertersComparedtoThree-LevelVoltageSourcelnverter.PESC'06，37thIEEE"(基于空间矢量调制的矩阵变换器和三电平电压型逆变器的共模电压对比研究)涉及到调整零矢量来降低双级矩阵变换器的共模电压，但文中采用的是矩阵变换器的间接空间矢量调制方法，缺点是整流级双向开关不能实现零电流换流。
发明内容本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种用于抑制双级矩阵变换器共模电压的控制系统，在保证整流级零电流换流的同时，降低双级矩阵变换器的共模电压幅值。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明用于抑制双级矩阵变换器共模电压的控制系统，其双级矩阵变换器是由双向开关构成整流级、由IPM模块构成逆变级；其结构特点是所述双级矩阵变换器的控制系统包括电压捕获单元、过流和IPM故障检测单元、TMS320LF2407主控制器、EPM1270辅控制器和驱动电路；以所述电压捕获单元捕获网侧电源输入电压的过零点信息，并送入TMS320LF2407主控制器，以确定输入电压的初始相位，以及单位输入功率因数时的整流级占空比信号；以所述过流和IPM故障检测单元检测瞬时的网侧电源和异步电动机的过电流信息，以及瞬时的IPM故障信息，并送入EPM1270辅控制器；以所述TMS320LF2407主控制器实时输出整流级的输入电流扇区信息至所述EPM1270辅控制器，判断扇区的奇偶状态；在所述TMS320LF2407主控制器中给定双级矩阵变换器的输出线电压信息，采用双空间矢量调制方法实时获得经协调控制后的整流级和逆变级占空比信号，并输出到EPM1270辅控制器，同时输出逆变级的输出电压扇区及同步信号到EPM1270辅控制器；以所述EPM1270辅控制器对TMS320LF2407主控制器输出的电流扇区、电压扇区、占空比信号和同步信号进行解码，当输入电流扇区为奇数时，在逆变级用零矢量U。代替所有的零矢量U7;当输入电流扇区为偶数时，在逆变级用零矢量U7代替所有的零矢量U。，分别得到整流级开关信号和逆变级开关信号；以所述驱动电路完成整流级开关信号和逆变级开关信号分别输出到整流级和逆变级。与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明采用改进的双空间矢量调制方法，在保证整流级零电流换流的同时，本发明可将双级矩阵变换器的共模电压幅值降低为原来的VI/2。2、本发明降低了系统的硬件成本，易于实现，系统可靠性高。图1为本发明双级矩阵变换器的主电路结构图；图2为本发明双级矩阵变换器的控制系统框图；图3(a)为本发明整流级输入单位功率因数时的输入电压即输入电流扇区划分图；图3(b)为本发明逆变级输出线电压空间矢量分布图；图4为已有技术中双级矩阵变换器的双空间矢量分布图；图5为本发明双级矩阵变换器的双空间矢量分布图。以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明进行进一步描述具体实施例方式图1所示为本发明双级矩阵变换器的主电路结构图，由输入网侧电源、输入滤波器、双级矩阵变换器、箝位电路、输出异步电动机负载构成，双级矩阵变换器是由双向开关构成整流级、由IPM模块构成逆变级。图2所示为本发明双级矩阵变换器的控制系统框图，包括电压捕获单元、过流和IPM故障检测单元、TMS320LF2407主控制器、EPM1270辅控制器和驱动电路。以电压捕获单元捕获网侧电源输入电压的过零点信息，并送入TMS320LF2407主控制器，以确定输入电压的初始相位，以及单位输入功率因数时的整流级占空比信号。初始相位加上整流级输入电流的旋转矢量角度，实时获得输入电流的空间矢量相位角以确定扇区，图3(a)所示为输入单位功率因数时的输入电压即输入电流扇区划分图，划分规则为图中每一扇区的一相电压绝对值最大、另两相电压极性与其相反，以第3扇区为例给出占空比d工和d2:《m。—cos(e。)^_^_cos(《)(1)9b和e。分别为a、b和c相仏cos^]，2^cos(《)式中Ua、Ub和u。为网侧电源a、b和c相电压，9电压的相角。以过流和IPM故障检测单元检测瞬时的网侧电源和异步电动机的过电流信息，以及瞬时的IPM故障信息，并送入EPM1270辅控制器。以TMS320LF2407主控制器实时输出整流级的输入电流扇区信息至EPM1270辅控制器，判断扇区的奇偶状态；在TMS320LF2407主控制器中给定双级矩阵变换器的输出线电压信息，采用双空间矢量调制方法实时获得经协调控制后的整流级和逆变级占空比信号，并输出到EPM1270辅控制器，同时输出逆变级的输出电压扇区及同步信号到EPM1270辅控制器。双级矩阵变换器的直流侧电压ud。为一脉动量，为得到恒定的输出电压矢量幅值，逆变级调制系数HV需进行修正以抵消ud。的脉动，图3(b)所示为逆变级输出线电压空间矢量分布图，式(2)给出了修正后的占空比计算公式(2)式中mv为修正后的逆变级调制系数，9sv为输出线电压的扇区角。由于直流侧在1个L周期内由两段线电压构成，所以逆变级需在两段线电压下协调控制，图4给出了协调控制后双级矩阵变换器的双空间矢量分布图，图中sin(60'-《)=附"sin(《)人卜《-Adla=d!d。，die=d!de，d10=d!d。；d2a=d2da，d2e=d2de，d20=d2d0。TMS320LF2407主控制器实时输出电流扇区、电压扇区、占空比信号和同步信号。由图1当双级矩阵变换器驱动异步电动机时，在输出电流对称时有共模电压uN。(3)结合图2和图3以网侧输入单位功率因数时输入电流在第1扇区为例，当输出电压在第l扇区时，按式(3)计算得到双级矩阵变换器在l个Ts内的u,。及最大幅值的分布规律如表1所示，可知1个L内u,。最大值u,MX=Uim，其它电压扇区有相同的结论。同理当输入电流在第2扇区时有U,。—^二-Uim，所以双级矩阵变换器的U,。—_的分布规律如式(4):5=_fC/,,电流扇区为奇数",,=i_^,电流扇区为偶数表11个Ts内双级矩阵变换器的共模电压分布规律<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从表1知当输入电流扇区为奇数时双级矩阵变换器的uN。—max=Uim出现在零矢量U7时间段内，而零矢量U。的=VJ/2^相对较小，为了降低uN。—max，在逆变级用零矢量U。代替所有的U7。同理在电流扇区为偶数时在逆变级用零矢量U7代替所有的U。，可得改进后的uN。的最大幅值分布规律如式(5)，协调控制后的即改进的双级矩阵变换器的双空间矢量分布图如图5所示，图5中没有改变逆变级零矢量的位置，所以本发明在保证双级矩阵变换器的整流级零电流换流的同时，可有效降低双级矩阵变换器的共模电压幅值。Vi"/2t/to,电流扇区为奇数-VJ/2t^,电流扇区为偶数以EPM1270辅控制器对TMS320LF2407主控制器输出的电流扇区、电压扇区、占空比信号和同步信号进行解码，当输入电流扇区为奇数时，在逆变级用零矢量U。代替所有的零矢量U7;当输入电流扇区为偶数时，在逆变级用零矢量U7代替所有的零矢量U。，分别得到整流级开关信号和逆变级开关信号。以驱动电路完成整流级开关信号和逆变级开关信号分别输出到整流级和逆变级。权利要求用于抑制双级矩阵变换器共模电压的控制系统，所述双级矩阵变换器是由双向开关构成整流级、由IPM模块构成逆变级；其特征是所述双级矩阵变换器的控制系统包括电压捕获单元、过流和IPM故障检测单元、TMS320LF2407主控制器、EPM1270辅控制器和驱动电路；以所述电压捕获单元捕获网侧电源输入电压的过零点信息，并送入TMS320LF2407主控制器，以确定输入电压的初始相位，以及单位输入功率因数时的整流级占空比信号；以所述过流和IPM故障检测单元检测瞬时的网侧电源和异步电动机的过电流信息，以及瞬时的IPM故障信息，并送入EPM1270辅控制器；以所述TMS320LF2407主控制器实时输出整流级的输入电流扇区信息至所述EPM1270辅控制器，判断扇区的奇偶状态；在所述TMS320LF2407主控制器中给定双级矩阵变换器的输出线电压信息，采用双空间矢量调制方法实时获得经协调控制后的整流级和逆变级占空比信号，并输出到EPM1270辅控制器，同时输出逆变级的输出电压扇区及同步信号到EPM1270辅控制器；以所述EPM1270辅控制器对TMS320LF2407主控制器输出的电流扇区、电压扇区、占空比信号和同步信号进行解码，当输入电流扇区为奇数时，在逆变级用零矢量U0代替所有的零矢量U7；当输入电流扇区为偶数时，在逆变级用零矢量U7代替所有的零矢量U0，分别得到整流级开关信号和逆变级开关信号；以所述驱动电路完成整流级开关信号和逆变级开关信号分别输出到整流级和逆变级。全文摘要本发明公开了一种用于抑制双级矩阵变换器共模电压的控制系统，双级矩阵变换器是由双向开关构成整流级、由IPM模块构成逆变级；其特征是双级矩阵变换器的控制系统包括电压捕获单元、过流和IPM故障检测单元、TMS320LF2407主控制器、EPM1270辅控制器和驱动电路。本发明针对双级矩阵变换器驱动异步电动机存在共模电压的问题，采用对逆变级零矢量重新分布的改进双空间矢量调制方法，在保证整流级零电流换流的同时可有效降低双级矩阵变换器的共模电压。文档编号H02M3/335GK101741257SQ20091025149公开日2010年6月16日申请日期2009年12月24日优先权日2009年12月24日发明者张兴,杨淑英,童诚,董文杰,谢震,陈武申请人:合肥工业大学